SoE在干熄焦余热发电控制系统中的设计与应用

李光珂

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250101）

节能减排

SoE在干熄焦余热发电控制系统中的设计与应用

李光珂

（济钢集团国际工程技术有限公司，山东 济南 250101）

为保证及时查明干熄焦余热发电机组发生故障及停机的原因，以ControlLogix系统为基础，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet网络采用冗余的1756-CNBR模块与远程I/O站通讯，设计应用了控制系统的事件顺序记录功能。应用SoE后，实现了以毫秒级的分辨率获取事件信息，可成功地检测出引起机组故障停机的原因。

干熄焦；余热发电；控制系统；SoE；ControlLogix

1 前言

干熄焦余热发电机组的安全、稳定运行，保障了整个生产过程的连续性、稳定性。在发电工业过程控制领域中，不但对机组控制的稳定性和安全性要求很高，而且在机组发生故障停机时，需要对引起故障的原因进行分析，而在分析原因的过程中往往需要事件顺序记录（SoE，Sequence of Events）功能。一般的历史数据记录只能做到秒级的分辨率，当事件发生后，往往同一秒内出现的信息很多，且不能分出先后顺序，这就给事故分析造成了很大的困扰。事件顺序记录系统以毫秒级的分辨率获取事件信息，为机组事故分析提供了有力证据。SoE是发电系统中不可缺少的一部分，通过SoE时间戳功能可准确记录停机故障发生的时间及先后顺序。

2 SoE工作原理

SoE采用的硬件为1756IB16ISOE模块，16个单独隔离的事件顺序输入，SoE模块能为每个输入变量的改变提供时间戳，时间戳的时间机制基于协同时钟CST（Coordinated System Time），协同时钟是基于控制系统背板的微秒级时钟基准，系统中的时间均以此为基准。协同时钟不是绝对时间，而是相对参考时间。SoE系统的输入信号全部为开关量信号，以高分辨率来分辨各个信号的状态变化的先后顺序。SoE模块的工作原理如图1所示。

SoE有两种工作模式，分别为CST Per Point Mode和First In First Out（FIFO）Mode。

1）CST Per Point Mode。该模式下SoE模块能为每一个输入量的2种变化提供时间戳，即由OFF变为ON，或由ON变为OFF，工作原理见图2。

图1 SoE模块工作原理

图2 CST Per Point Mode工作原理

由图2可知，当输入端没有发生改变时，没有时间戳数据。当Input1由OFF变为ON，模块用时间戳标记该变化，将该数据发送给CPU并储存在本地；当Input2由ON变为OFF，模块用时间戳标记该变化，将该数据发送给CPU并储存在本地，同时模块继续储存Input1的改变。

SoE模块以25 μs的分辨率为每一次输入量变化提供时间戳，这些时间戳以特定的数据结构复制到CPU后，在CPU中通过排序来决定时间发生的先后顺序。CST Per Point Mode主要应用于级联事件中查明相对第一发生的事件及事件发生的先后顺序，只要事件发生的时间间隔超过25 μs，便可找出首出事件及发生的顺序。

2）FIFO Mode。该模式下SoE模块能为无限数量的输入量变化提供时间戳，无论输入量是由OFF变为ON或由ON变为OFF，还是某个输入量变化多次，任一变化都有唯一的时间戳。SoE模块将这些时间戳存储在模块背板缓存区中，单次SoE模块缓存区中可存储多达160个输入量变化。如图3所示，当输入端发生改变时，没有时间戳数据。当Input5由OFF变为ON，模块用时间戳标记该变化，将该数据储存在缓存区中的第一槽中。当Input1由ON变为OFF，模块用时间戳标记该变化，将该数据储存在缓存区中的下一个槽中，同时缓存区中第一个槽中继续储存Input5的时间戳。

图3 First In First Out Mode工作原理

一旦数据被存储在模块中，控制器必须检索它。通常情况下，控制器从模块缓存区的第一个槽中检索数据（在第一槽中的数据也被称为首出事件），确认该数据并将数据以特定数据结构复制到CPU中，以便后续排序使用，之后，便将该数据从第一槽中清除，第二槽中的数据便进入第一槽中，以此类推。FIFO模式主要应用于在相对快速（当变化的速度快于CPU处理速度）的连续多个输入量发生变化的场合，基于这一目的，SoE模块采用了存储多达160个数据的缓存区。

3 SoE系统设计

3.1 硬件设计

SoE硬件系统以ControlLogix系统为基础，CPU采用1756-L63冗余控制站、ControlNet网络采用冗余的1756-CNBR模块与远程I/O站通讯，以太网采用冗余1756-ENBT模块与上位机（工程站、操作员站）通讯，通过冗余配置增加了系统的稳定性、安全性及可靠性。SoE模块1756IB16ISOE放置在远程I/ O站中，由于控制系统的CPU处理速度及信号传输速度无法满足事件顺序记录毫秒级的要求，必须依靠SoE模块高速的处理能力，在采集到信号后首先在SoE模块内部进行处理存储，将处理后的信号再传输给CPU模块，最终在操作员站上显示，硬件结构如图4所示。

3.2 软件设计

SoE软件系统由HMI监控软件、控制系统组态编程软件以及通讯软件RSLinx Classic Communication Service组成。其中HMI监控软件采用罗克韦尔公司FactoryTalk View Site Edition软件，控制系统组态编程软件采用罗克韦尔公司的RSLogix5000软件。在干熄焦余热发电机组控制系统应用中，SoE采用First In First Out（FIFO）Mode，通过该方式确定引起汽轮机停机的首出事件。在RSLogix5000软件中将1756IB16ISOE的工作模式Comm Format设置为CST FIFO Mode，利用SoE模块专用标签及程序编码辨识事件发生的先后顺序，在FactoryTalk View Site Edition中读取标识事件先后顺序的信号以画面的形式展现事件发生的顺序。

图4 SoE硬件结构

4 结语

在干熄焦余热发电机组中，基于ControlLogix系统设计应用控制系统的事件顺序记录功能，实现以毫秒级的分辨率获取事件信息，可成功地检测出引起机组故障停机的原因，为迅速查找故障原因提供了快捷有效的方法。该系统可广泛引用于类似要求检测分辨毫秒级时间发生的应用场合，且不需要准确获知事件发生的绝对时间，如需获知事件发生的绝对时间，在机架中插入GPS模块，用于接收来自GPS卫星的时钟信号即可。

Design and Application of SoE in CDQ Waste Heat Power Generation Control System

LI Guangke
（Jigang International Engineering and Technology Co.,Ltd.,Jinan 250101,China）

In CDQ waste heat power generation unit,in order to find out reasons of failure and shutdown quickly，SOE(sequence of events)system is designed to analyze reasons of failure and shutdown in this paper.The redundant 1756-L63 and redundant 1756-CNBR of Controllogix were used in SoE system.After the application of SoE,the event information is acquired with the resolution of milliseconds,and the current event of failure and shutdown is successfully detected.

CDQ;waste heat power generation;control system;SoE;ControlLogix

TP273.5;TM617

A

1004-4620（2015）04-0052-02

2015-05-27

李光珂，男，1981年生，2007年毕业于合肥工业大学精密仪器及机械专业，硕士。现为济钢集团国际工程技术有限公司工程师，从事自动化、仪表设计及开发工作。